SU840789A2

SU840789A2 - Filter for automatic control systems

Info

Publication number: SU840789A2
Application number: SU792826392A
Authority: SU
Inventors: Павел Харитонович Коцегуб; Ольга Ивановна Толочко
Original assignee: Донецкий Ордена Трудового Красногознамени Политехнический Институт
Priority date: 1979-09-20
Filing date: 1979-09-20
Publication date: 1981-06-23

Description

(54) ФИЛЬТР ДЛЯ СИСТЕМ АВТ01-1АТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ(54) FILTER FOR SYSTEMS AVT01-1ATHIC REGULATION

Изобретение относитс к сглаживаю щий устройствам систем автоматического регулировани и может быть использовано дл сглаживани ступенчатого сигнала.задани в позиционных электроприводах, от которых требуетс отрабатывать заданное перемещение с ускорением, не завис щим от ве личины статического момента в системах регулировани скорости с ограничением рывка. По основному авт. св. 321797 известны фильтры, -содержащие последо вательно соединенные элементы сравнени , не.линейные блоки, охваченные обратными св з ми, и интеграторы, причем выход последнего интегратора соединен с одним из входов элемента сравнени , а в качестве нелинейных блоков примен ютс релейные усилители или линейные усилители с зоной насыщени l, 2, з и |.4J. Наиболее близким к предлагаемому вл етс фильтр, содержащий последо вательно соединенные источник переменного сигнала, сумматор с ограничением и первый интегратор, выход которого соединён со вторым входом сумматора с ограничением и через второй интегратор - третьим входо сумматора с ограничением и первым выходом фильтра 5. Однако фильтр обладает низкими сглаживающими свойствами, вследствие чего позиционный привод с таким фильтром имеет низкую точность позиционировани при наличии статического момента . Цель изобретени - повышение сглаживающих свойств фильтра. Поставленна цель достигаетс тем, что в фильтре установлены два усилител , причем выходы сумматора с ограничением и первого интегратора соединены со вторым и третьим выходами фильтра через соответствующие усилители , а сумматор с ограничением содержит последовательно соединенные нелинейный блок- с ограничением и релейный усилитель. На чертеже представлена схема электропривода с предлагаемым фильтром . Электропривод состоит из двигател 1 посто нного тока, усилител 2 мощности, регул торов тока 3, скорости . 4 и положени 5, датчиков 6 тока, скорости 7 и положени 8, источник 9 переменного сигнала, последовательно соединенные нелинейныйThe invention relates to smoothing devices of automatic control systems and can be used to smooth a stepped signal. Tasks in positional electric drives that are required to work out a specified movement with acceleration independent of the magnitude of the static moment in speed control systems with jerk limiting. According to the main author. St. 321797 filters are known, are sequentially connected reference elements, non-linear blocks covered by feedback, and integrators, the output of the last integrator is connected to one of the inputs of the comparison element, and relay amplifiers or linear amplifiers are used as nonlinear blocks with the saturation zone l, 2, 3 and | .4J. The closest to the proposed is a filter containing a successively connected alternating signal source, a constrained adder and a first integrator, the output of which is connected to the second input of the adder with a restriction and through the second integrator - the third input of the adder with the restriction and the first output of the filter 5. However It has low smoothing properties, as a result of which a positioning drive with such a filter has low positioning accuracy in the presence of a static moment. The purpose of the invention is to increase the smoothing properties of the filter. The goal is achieved by installing two amplifiers in the filter, the outputs of the limited adder and the first integrator are connected to the second and third outputs of the filter through the appropriate amplifiers, and the limited adder contains a series-connected nonlinear limited unit and a relay amplifier. The drawing shows a diagram of the drive with the proposed filter. The electric drive consists of a direct current motor 1, power amplifier 2, current regulators 3, and speed. 4 and position 5, current sensors 6, speed 7 and position 8, variable signal source 9, non-linear connected

блок с ограничением 10,, релейный усилитель 11 и два интегратора 12 и 13, выход последнего из которых (13) соединен со вторым входом нелинейного блока 10 и первым входом регул тора 5 положени , выход первого интегратора 12 - со входом релейного усилител 11 и через первый усилитель 14 - со вторым входом регул тора 5 положени , а выход релейного усилител 11 соединен с третьим входом регул тора 5 положени через второй усилитель 15. Нелинейный блок 10 выполн ет операцию извлечени квадратного корн из разности задающего сигнала U, с выхода источника 9 и выходного сигнала интегратора 13 и может быть реализован на операционном усилителе, в обратную св зь которого включен квадратичный преобразователь . Элементы 9-15 вход т в состав фильтра 16. В состав сумматора 17 с ограничением функционально вход т нелинейный блок 10 с ограничением и релейный усилитель 11.unit with limitation 10 ,, relay amplifier 11 and two integrators 12 and 13, the output of the last of which (13) is connected to the second input of the nonlinear block 10 and the first input of the position controller 5, the output of the first integrator 12 to the input of the relay amplifier 11 and the first amplifier 14 is with the second input of the positioner 5, and the output of the relay amplifier 11 is connected to the third input of the positioner 5 through the second amplifier 15. The nonlinear unit 10 performs the square root operation from the difference of the driving signal U, from the source output 9 and at output signal of the integrator 13, and can be implemented on an operational amplifier, a feedback transducer which included the quadratic. Elements 9-15 are part of the filter 16. The non-linear block 10 with the limitation and the relay amplifier 11 are functionally included in the constraint adder 17.

и - выходной сигнал i-го функ- / ционального блока.and - output signal of the i-th function / unit.

Предлагаемый фильтр в составе позиционного электропривода работает следующим образом.The proposed filter in the positional electric drive works as follows.

Основной задающий сигнал U дл . позиционного электропривода формируетс в источнике 9 переменного сигнала. Затем сигнал Up преобразуетс в задающий сигнал и дл контура регулировани положени , -соответствующий требуемому закону его изменени , с помощью интегратора 13 фильтра 16. Усилители 14 и 15 формируют корректирующие сигналы и пропорциональные , соответственно, первый и второй производным от Зсодающего сигнала U . и помогающие в значительной степени скомпенсировать инерционность электропривода и уменьшить отклонение выходной координаты и электропривода от требуемого закона движени .The main driver signal U dl. The positional electric drive is formed in the variable signal source 9. The Up signal is then converted into a master signal and, for the position control loop, corresponding to the desired law of its change, by means of the integrator 13 of the filter 16 and the amplifiers 14 and 15 form the correction signals and are proportional to the first and second derivatives of the U signal, respectively. and helping to substantially compensate for the inertia of the electric drive and reduce the deviation of the output coordinate and electric drive from the required law of motion.

Управление положением осуществл етс подачей ступенчатого сигнала Ug на вход нелинейного блока. 10 фильтра 16. При этом релейный усилитель 11, а при достаточно, большом входном сигнале и нелинейный блок 10 насыщаетс . На вход интегратора 12 поступает посто нный сигнал, который преобразуетс им в линейно нарастаюий сигнал, а интегратором 13 - в игнал, измен ющийс ПО параболичесому закону. Когда выходной сигнал ервого интегратора 12 достигает ровн ограничени нелинейного блока 10, выходной сигнал релейного силител 11 становитс равным нулю, нтегратор 12 прекращает интегрировать , но выходной сигнал интегратоа 13 нарастает по линейному закону о тех пор, пока нелинейный блок 10 не выйдет из состо ни насыщени . осле этрго нелинейный блок 10 преобразовывает разность входного сигнала U9 задани и выходного сигнала Ц| интегратора 13 таким образом, что релейный усилитель 11 удерживаетс в состо нии насыщени с противоположным знаком. Выходной сигнал интегратора 12 линейно уменьшаетс , а выходной сигнал интегратора 13 измен етс по параболе до тех по пока не достигнет величины сигнала Up задани . После этого выходные синалы блоков 10, 11 и 12 станов тс равными нулю, а выходной сигнал интегратора 13 остаетс посто нным.The position is controlled by applying a step signal Ug to the input of the non-linear unit. 10 of the filter 16. At the same time, the relay amplifier 11, and with a sufficiently large input signal, the nonlinear unit 10 is saturated. The input of the integrator 12 receives a constant signal, which is converted by it into a linearly increasing signal, and by the integrator 13 - into a signal, changing according to a parabolic law. When the output signal of the first integrator 12 reaches the flat limit of the nonlinear unit 10, the output signal of the relay silicate 11 becomes equal to zero, the integrator 12 stops integrating, but the output signal of the integrator 13 increases linearly until the nonlinear unit 10 leaves the saturation state . After this, the nonlinear block 10 converts the difference between the input signal U9 of the reference and the output signal C | the integrator 13 in such a manner that the relay amplifier 11 is kept in the saturation state with the opposite sign. The output signal of the integrator 12 decreases linearly, and the output signal of the integrator 13 varies in a parabola until it reaches the value of the Up signal of the task. After this, the output sins of the blocks 10, 11, and 12 become equal to zero, and the output signal of the integrator 13 remains constant.

Благодар тому, что элементы фильтра вл ютс практически безынеционными , можно обеспечить высокую точность воспроизведени задающего воздействи . Требуемое качество переходных процессов достигаетс настройкой контуров регулировани и выборомкоэффициентов усилени усилителей 14 и 15.Due to the fact that the filter elements are practically non-inactive, it is possible to ensure high fidelity of the driver action. The required transient quality is achieved by adjusting the control loops and selecting the gain factors of the amplifiers 14 and 15.

Коэффициент усилени регул тора положени выбирают из услови обеспечени требуемых динамических свойств электроприводов при отработке малых перемещений.The gain of the position adjuster is chosen from the condition of providing the required dynamic properties of the electric drives when working out small displacements.

, При этом он оказываетс намного больше, чем в типовом электропривод с линейным регул тором положени , где он обычно выбираетс из услови оптимальной отработки перемещени с максимальным тормозным путем.At the same time, it turns out to be much larger than in a typical electric drive with a linear position controller, where it is usually selected from the condition of optimal movement testing with a maximum stopping distance.

Преимуществом изобретени вл етс обеспечение хороших сглаживающих свойств в фильтре и достижение за счет этого более высоких значений быстродействи и точности электропривода . Кроме того, дополнительное повышение точности достигаетс за счет большего коэффициента усилени регул тора положени и введени в законуправлени сигналов, пропорциональных первой и второй производным от задающего воздействи .An advantage of the invention is to provide good smoothing properties in the filter and thereby achieve higher values of speed and accuracy of the electric drive. In addition, an additional increase in accuracy is achieved due to the greater gain of the position controller and the introduction of signals proportional to the first and second derivatives of the driving force in the control laws.

По .сравнению с электроприводом с нелинейным регул тором положени электропривод с предлагаемым фильтром имеет более простую статическую характеристику нелинейного звена, возможность его настройки независим от контура положени .л, кроме того, более высокое быстродействие при отработке перемещений, при которых тормозной ток в системе с нелинейны регул тором положени не достигает установившегос значени .Compared to an electric drive with a non-linear position controller, the electric drive with the proposed filter has a simpler static characteristic of a non-linear link, the ability to configure it is independent of the position loop, and, moreover, it has a higher response rate when the movements are nonlinear. The position controller does not reach the set value.

Claims

1. Filter for automatic control systems according to the author. sv 321797, characterized in that, in order to improve the smoothing properties of the filter, two amplifiers are installed in it, the outputs of the adder with the limitation and the first integrator are connected with the second and third outputs of the filter through appropriate amplifiers.

2. A filter according to claim 1, characterized in that the adder with the limitation comprises a series-connected non-linear unit with the limitation and a relay amplifier. Sources of information taken into account in the examination

1. Author's certificate of the USSR 289505, cl. G 05 B 5/01, 1969.

2. Authors certificate of the USSR W 191909, cl. G 05 F 5/01, 196.6.

3, Anisimov. And. Basics of automatic control of technological processes in the petrochemical and refining industries. L., Khimi, 1967, p. 131-132.

4. Susvalov L.F., Self-tuning systems in shipboard automatics. L., Shipbuilding, 1968, p. 190-202.

5. USSR author's certificate .321779, cl. G 05 B 5/01, 1970, (prototype).,